RU2431752C1

RU2431752C1 - Procedure for optimisation of process of combustion products expansion in plunger-free gas generator with external combustion chamber

Info

Publication number: RU2431752C1
Application number: RU2010119000/06A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Александрович Рыбаков (RU); Анатолий Александрович Рыбаков
Original assignee: Анатолий Александрович Рыбаков
Priority date: 2010-05-11
Filing date: 2010-05-11
Publication date: 2011-10-20

Abstract

FIELD: machine building. ^ SUBSTANCE: procedure for optimisation of process of combustion products expansion in plunger-free gas generator with external combustion chamber, including external combustion chamber, cylinders, pistons, inlet valves and control system, consists in following: system of control closes inlet valve of gas generator facilitating supply of combustion products from combustion chamber into cylinder of plunger-free gas generator before pistons arrival at extreme point of motion and thus stops supply of combustion products from external combustion chamber into cylinder of plunger-free gas generator before arrival of its pistons into extreme point of motion. ^ EFFECT: raised specific power of plunger free gas generator and efficiency. ^ 1 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Изобретение относится к энергомашиностроению.The invention relates to power engineering.

УРОВЕНРЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION

Ближайшие аналоги заявленного изобретения - патенты 2324060, «Свободнопоршневой генератор газов прямоточного двигателя с двумя поршнями привода компрессора» и 2324830 «Свободнопоршневой генератор газов прямоточного двигателя с одним поршнем привода компрессора».The closest analogues of the claimed invention are patents 2324060, “Free-piston ram gas generator with two compressor drive pistons” and 2324830 “Free-piston ram gas generator with one compressor piston”.

Принцип действия обоих генераторов газов во многом схож. Поэтому достаточно рассмотреть принцип действия одного из них, а именно «Свободнопоршневой генератор газов прямоточного двигателя с двумя поршнями привода компрессора».The principle of operation of both gas generators is largely similar. Therefore, it is enough to consider the principle of operation of one of them, namely the “Free-piston gas generator of a ramjet engine with two compressor drive pistons”.

При пуске генератора газов с внешней камерой сгорания (далее - генератор газов) в камеру сгорания 1 (см. чертеж) форсункой 2 подается топливо и воспламеняется свечой зажигания 3. Продукты сгорания через газораспределительный клапан (далее - клапан) 4 поступают в левую полость поршня привода компрессора 5, в результате чего поршень 5 и соединенный с ним штоком 6 поршень компрессора 7 движутся (по чертежу) слева направо. Так как площади внешних поверхностей поршней 5 и 7 больше площади их внутренних поверхностей на величину площади штока 6, давление воздуха в полостях компрессора больше, чем давление продуктов сгорания, то воздух из правой полости поршня 5 (клапан 8 закрыт) через клапан 9 поступает в камеру сгорания 1. Клапан 10 в левом положении закрыт. Закрыт и клапан 11. Поэтому воздух из атмосферы засасывается в левую полость поршня 7 через клапан 12. Заслонка 13 закрыта и поступающий из полостей компрессоров воздух обеспечивает процесс горения топлива. При достижении поршнями крайнего правого положения система управления (не показана) переводит клапаны 4 и 10 в противоположное положение. Теперь продукты сгорания из камеры сгорания поступают в правую полость поршня 7, и поршни движутся справа налево. Воздух из левой полости поршня 7 поступает в камеру сгорания 1. Клапан 9 закрывается и воздух из атмосферы через открывшийся клапан 8 засасывается в правую полость поршня 5. Как только давление продуктов сгорания в камере сгорания достигнет рабочего значения, открывается заслонка 13 и продукты сгорания поступают на расширительную машину.When starting the gas generator with an external combustion chamber (hereinafter referred to as the gas generator), fuel is injected into the combustion chamber 1 (see drawing) and ignited by the spark plug 3. Combustion products through the gas distribution valve (hereinafter referred to as the valve) 4 enter the left piston cavity compressor 5, as a result of which the piston 5 and the piston of the compressor 7 connected to it by the rod 6 move (according to the drawing) from left to right. Since the areas of the external surfaces of the pistons 5 and 7 are larger than the area of their internal surfaces by the area of the rod 6, the air pressure in the compressor cavities is greater than the pressure of the combustion products, air from the right cavity of the piston 5 (valve 8 is closed) through the valve 9 enters the chamber combustion 1. Valve 10 in the left position is closed. The valve 11 is also closed. Therefore, air from the atmosphere is sucked into the left piston cavity 7 through the valve 12. The damper 13 is closed and the air coming from the compressor cavities provides a fuel combustion process. When the pistons reach the extreme right position, the control system (not shown) puts the valves 4 and 10 in the opposite position. Now, the combustion products from the combustion chamber enter the right cavity of the piston 7, and the pistons move from right to left. Air from the left cavity of the piston 7 enters the combustion chamber 1. The valve 9 closes and air from the atmosphere through the opened valve 8 is sucked into the right cavity of the piston 5. As soon as the pressure of the combustion products in the combustion chamber reaches the operating value, the damper 13 opens and the combustion products enter expansion machine.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Цель изобретения состоит в оптимизации процесса расширения продуктов сгорания в цилиндре генератора газов.The purpose of the invention is to optimize the expansion of combustion products in the cylinder of a gas generator.

Из описания принципа действия генератора газов видно, что продукты сгорания из камеры сгорания поступают в его цилиндры на всем протяжении движения поршней от одной крайней точки до другой, при этом давление продуктов сгорания в цилиндрах практически не отличается от давления их в камере сгорания. Основное расширение продуктов сгорания происходит при выпуске отработавших газов в атмосферу в период от открытия до закрытия выпускных клапанов 4 или 10, и энергия расширения продуктов сгорания не совершает полезной работы. С целью наиболее полного использования энергии расширения продуктов сгорания система управления переводит впускной клапан, например клапан 4, в закрытое положение того цилиндра, в который поступают продукты сгорания в тот момент, при котором обеспечивается наиболее полное расширения продуктов сгорания до прибытия поршней в крайние точки движения. В этот период времени расширение продуктов сгорания происходит аналогично таковому в двигателях внутреннего сгорания.From the description of the principle of operation of the gas generator it is seen that the combustion products from the combustion chamber enter its cylinders throughout the movement of the pistons from one extreme point to the other, while the pressure of the combustion products in the cylinders is practically the same as their pressure in the combustion chamber. The main expansion of the combustion products occurs when the exhaust gases are released into the atmosphere during the period from opening to closing the exhaust valves 4 or 10, and the expansion energy of the combustion products does not do useful work. In order to make the fullest possible use of the expansion energy of the combustion products, the control system transfers the inlet valve, for example, valve 4, to the closed position of the cylinder into which the combustion products enter at that moment, which ensures the most complete expansion of the combustion products before the pistons arrive at the extreme points of movement. During this period of time, the expansion of the combustion products occurs similarly to that in internal combustion engines.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Способ оптимизации процесса расширения продуктов сгорания свободнопоршневого генератора газов с внешней камерой сгорания, включающего внешнюю камеру сгорания, цилиндры, поршни, впускные клапаны и систему управления, отличается тем, что система управления закрывает впускной клапан генератора газов, обеспечивающий поступление продуктов сгорания из камеры сгорания в цилиндр свободнопоршневого генератора газов до прибытия поршней в крайнюю точку движения, и тем самым прекращает подачу продуктов сгорания из внешней камеры сгорания в цилиндр свободнопоршневого генератора газов до прибытия его поршней в крайние точки движения.A method for optimizing the expansion process of the combustion products of a free-piston gas generator with an external combustion chamber, including an external combustion chamber, cylinders, pistons, intake valves and a control system, characterized in that the control system closes the intake valve of the gas generator, ensuring the entry of combustion products from the combustion chamber into the cylinder free-piston gas generator until the pistons arrive at the extreme point of movement, and thereby stops the supply of combustion products from the external combustion chamber to the Indras svobodnoporshnevogo gas generator to the arrival of its pistons in the extreme points of motion.

ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕINDUSTRIAL APPLICATION

Реализация способа оптимизации процесса расширения продуктов сгорания свободнопоршневого генератора газов с внешней камерой сгорания требует только лишь модернизации системы управления.The implementation of a method for optimizing the expansion of the combustion products of a free-piston gas generator with an external combustion chamber requires only modernization of the control system.

ГРАФИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛGRAPHIC MATERIAL

На чертеже дана принципиальная схема свободнопоршневого генератора газов с внешней камерой сгорания.The drawing shows a schematic diagram of a free-piston gas generator with an external combustion chamber.

1 - камера сгорания, 2 - форсунка, 3 - свеча зажигания, 4, 10 - газораспределительные клапаны, 5, 7 - поршни, 6 - шток, 8, 9, 11, 12 - обратные клапаны, 13 - заслонка.1 - combustion chamber, 2 - nozzle, 3 - spark plug, 4, 10 - gas distribution valves, 5, 7 - pistons, 6 - stem, 8, 9, 11, 12 - check valves, 13 - damper.

Claims

A method for optimizing the expansion process of the combustion products of a free piston gas generator with an external combustion chamber, including an external combustion chamber, cylinders, pistons, intake valves and a control system, characterized in that the control system closes the intake valve of the gas generator, ensuring the entry of combustion products from the combustion chamber into the cylinder free-piston gas generator until the pistons arrive at the extreme point of movement and, thereby, stops the flow of combustion products from the external combustion chamber to cylinder of a free-piston gas generator until its pistons arrive at the extreme points of motion.